Przez prawie pół wieku naukowcy wyznawali teorię, że kiedy gwiazda dobiegnie końca cyklu życia, ulegnie zapadkowi grawitacyjnemu. W tym momencie, zakładając, że obecna jest wystarczająca masa, to załamanie spowoduje utworzenie czarnej dziury. Astronomowie poszukiwali wiedzy o tym, kiedy i jak powstanie czarna dziura od dawna.
Czemu nie? Możliwość obserwowania powstawania czarnej dziury byłaby nie tylko niesamowitym wydarzeniem, ale prowadziłaby również do skarbca odkryć naukowych. I według ostatnich badań zespołu naukowców z Ohio State University w Columbus, być może w końcu właśnie to zrobiliśmy.
Zespołowi badawczemu kierował Christopher Kochanek, profesor astronomii i wybitny uczony z Ohio State. Korzystając ze zdjęć wykonanych przez Large Binocular Telescope (LBT) i Hubble Space Telescope (HST), on i jego koledzy przeprowadzili serię obserwacji czerwonej nadolbrzymiej gwiazdy o nazwie N6946-BH1.
Aby przerwać proces powstawania czarnych dziur, zgodnie z naszym obecnym rozumieniem cykli życia gwiazd, czarna dziura powstaje po tym, jak gwiazda o bardzo dużej masie doświadczy supernowej. Zaczyna się to, gdy gwiazda wyczerpała zapasy paliwa, a następnie ulega nagłej utracie masy, w wyniku której zewnętrzna powłoka gwiazdy zostaje zrzucona, pozostawiając resztki gwiazdy neutronowej.
Następnie następuje ponowne przyłączenie elektronów do odrzuconych jonów wodoru, co powoduje powstanie jasnego rozbłysku. Kiedy stopienie wodoru ustaje, gwiezdna pozostałość zaczyna się ochładzać i blaknąć; i ostatecznie reszta materiału skrapla się, tworząc czarną dziurę.
Jednak w ostatnich latach kilku astronomów spekulowało, że w niektórych przypadkach gwiazdy doświadczą nieudanej supernowej. W tym scenariuszu gwiazda o bardzo dużej masie kończy swój cykl życia, zamieniając się w czarną dziurę bez wcześniejszego zwykłego gwałtownego wybuchu energii.
Jak zauważył zespół Ohio w swoich badaniach zatytułowany „Poszukiwanie nieudanych supernowych za pomocą dużego teleskopu lornetkowego: potwierdzenie znikającej gwiazdy” - może tak być w przypadku N6946-BH1, czerwonego nadolbrzyma o masie 25 razy większej niż nasza Słońce znajduje się 20 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Korzystając z informacji uzyskanych za pomocą LBT, zespół zauważył, że N6946-BH1 wykazał kilka interesujących zmian jasności w latach 2009-2015 - kiedy dokonano dwóch oddzielnych obserwacji. Na zdjęciach z 2009 roku N6946-BH1 pojawia się jako jasna, odizolowana gwiazda. Było to zgodne z danymi archiwalnymi pobranymi przez HST w 2007 r.
Jednak dane uzyskane przez LBT w 2015 r. Wykazały, że gwiazda nie była już widoczna w widzialnej długości fali, co zostało również potwierdzone przez dane Hubble'a z tego samego roku. Dane LBT pokazały również, że przez kilka miesięcy w 2009 roku gwiazda doświadczyła krótkiego, ale intensywnego rozbłysku, gdzie stała się milion razy jaśniejsza niż nasze Słońce, a następnie stopniowo zanikała.
Skonsultowali się również z danymi z badania Palomar Transit Factory (PTF) w celu porównania, a także z obserwacjami poczynionymi przez Rona Arborona (brytyjskiego astronoma-amatora i łowcę supernowych). W obu przypadkach obserwacje wykazały oznaki rozbłysku w krótkim okresie w 2009 r., Po którym nastąpił stały zanik.
Ostatecznie wszystkie te informacje były spójne z nieudanym modelem czarnej dziury supernowej. Jako prof. Kochanek, główny autor artykułu grupy - powiedział Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Na nieudanym obrazie powstawania supernowej / czarnej dziury tego zdarzenia transjent jest napędzany przez nieudaną supernową. Gwiazda, którą widzimy przed wydarzeniem, jest czerwonym nadolbrzymem - więc masz kompaktowy rdzeń (rozmiar ~ ziemi) z płonącej wodoru, a następnie ogromną, puszystą rozszerzoną otoczkę głównie wodoru, która może rozciągać się na skalę Jowisza orbita. Ta koperta jest bardzo słabo związana z gwiazdą. Kiedy jądro gwiazdy zapada się, masa grawitacyjna spada o kilka dziesiątych masy Słońca z powodu energii porywanej przez neutrina. Ten spadek grawitacji gwiazdy wystarcza, aby wysłać słabą falę uderzeniową przez opuchniętą kopertę, która powoduje jej odpływ. Powoduje to przemijające, chłodne, o niskiej jasności (w porównaniu do supernowej, około milion razy więcej niż światło słoneczne), trwające około roku i napędzane energią rekombinacji. Wszystkie atomy w pulchnej otoczce zostały zjonizowane - elektrony niezwiązane z atomami - gdy wyrzucona otoczka rozszerza się i chłodzi, wszystkie elektrony ponownie wiążą się z atomami, co uwalnia energię do zasilenia przejściowego. To, co widzimy w danych, jest zgodne z tym obrazem. ”
Oczywiście zespół rozważył wszystkie dostępne możliwości wyjaśnienia nagłego „zniknięcia” gwiazdy. Obejmowało to możliwość, że gwiazda była spowita tyle pyłu, że jej światło optyczne / UV zostało pochłonięte i ponownie emitowane. Ale jak odkryli, nie zgadzało się to z ich spostrzeżeniami.
„Istotą jest to, że żaden model wykorzystujący pył do ukrycia gwiazdy naprawdę nie działa, więc wydaje się, że wszystko, co jest teraz, musi być znacznie mniej jaśniejsze niż wcześniej istniejąca gwiazda.” Kochanek wyjaśnił. „W kontekście modelu supernowej, który uległ awarii, światło resztkowe jest zgodne z późnym zanikiem emisji z materiału narastającego na nowo utworzoną czarną dziurę.”
Oczywiście konieczne będą dalsze obserwacje, zanim będziemy mogli dowiedzieć się, czy tak było. Najprawdopodobniej wymagałoby to misji IR i rentgenowskich, takich jak Spitzer Space Telescope i Chandra X-ray Observatory, lub jeden z wielu teleskopów kosmicznych nowej generacji, które zostaną rozmieszczone w nadchodzących latach.
Ponadto Kochanek i jego koledzy mają nadzieję na dalsze monitorowanie możliwej czarnej dziury za pomocą LBT i ponowne odwiedzanie obiektu za pomocą HST za około rok. „Jeśli to prawda, powinniśmy nadal widzieć, jak obiekt zanika z czasem” - powiedział.
Nie trzeba dodawać, że jeśli to prawda, to odkrycie byłoby bezprecedensowym wydarzeniem w historii astronomii. Wiadomości z pewnością wzbudziły podekscytowanie społeczności naukowej. Jak powiedział Avi Loeb - profesor astronomii na Uniwersytecie Harvarda - do czasopisma Space Magazine za pośrednictwem poczty elektronicznej:
„Ogłoszenie o potencjalnym odkryciu gwiazdy, która zapadła się, tworząc czarną dziurę, jest bardzo interesujące. Jeśli to prawda, będzie to pierwszy bezpośredni widok pokoju porodowego czarnej dziury. Obraz jest nieco niechlujny (jak w każdym pokoju porodowym), z niepewnością co do właściwości urodzonego dziecka. Sposobem na potwierdzenie narodzin czarnej dziury jest wykrycie promieni rentgenowskich.
„Wiemy, że istnieją czarne dziury o masie gwiazdowej, ostatnio dzięki odkryciu fal grawitacyjnych z ich koalescencji przez zespół LIGO. Prawie osiemdziesiąt lat temu Robert Oppenheimer i współpracownicy przewidzieli, że masywne gwiazdy mogą zapaść się w czarne dziury. Teraz możemy mieć pierwsze bezpośrednie dowody na to, że proces faktycznie zachodzi w naturze.
Ale oczywiście musimy sobie przypomnieć, że biorąc pod uwagę odległość, to, co moglibyśmy być świadkami N6946-BH1, wydarzyło się 20 milionów lat temu. Z punktu widzenia tej potencjalnej czarnej dziury jej powstawanie jest starą wiadomością. Ale dla nas może to być jedna z najbardziej przełomowych obserwacji w historii astronomii.
Podobnie jak przestrzeń i czas, znaczenie ma względem obserwatora!
